Термокондуктометрический газоанализатор

Термокондуктометрические газоанализаторы применяют для определения водорода, аргона, гелия, азота, хлороводорода и других газов в технологических смесях различного состава. Однако, термокондуктометрические газоанализаторы (ТКГ) используются в первую очередь для измерения концентрации водорода – его теплопроводность примерно в 7 раз больше чем теплопроводность воздуха.

Действие термокондуктометрических газоанализаторов основано на зависимости между теплопроводностью газовой смеси и концентрацией в ней анализируемого компонента.

Схема простейшего ТКГ показана на рис. 1, представляет собой неуравновешенный мост.

Плечами моста служат терморезисторы, выполненные из вольфрамовых или платиновых спиралей, находящиеся в камерах. Камеры R1 и R3 – измерительные, через них непрерывно пропускается анализируемый газ, а R2 и R4 – сравнительные, которые заполнены воздухом или анализируемым газом с начальной концентрацией определенного компонента.

 

Рис.. Измерительная схема ТКГ

 

Прибор работает следующим образом, от источника тока спирали нагреваются, и тепло от них передается стенкам камер, имеющим более

низкую температуру, при этом теплопередача зависит от теплопроводности газа в камерах. Перед измерением через измерительные камеры пропускают такой же газ, которым заполнены сравнительные камеры и после стабилизации теплового режима в камерах мост уравновешивается перемещением движка по реохорду RP, таким образом, устанавливается стрелка милливольтметра на начальную отметку шкалы (режим «Контроль»). Затем измерительные камеры подключаются к линии анализируемого газа (режим «Анализ»). Если концентрация больше начального значения, то теплопередача в камерах R1 и R3 возрастает, а температура и сопротивление спиралей уменьшается. Равновесие моста нарушается и на выходе его появится напряжение, величина которого зависит от концентрации анализируемого газа. Использование двух противоположных плеч моста в качестве измерительных обеспечивает высокую чувствительность прибора.

Тепловой режим в камерах может нарушаться также в результате изменения питающего мост напряжения, расхода и температуры газа.

В промышленных ТКГ влияние перечисленных выше факторов значительно ослаблено, что достигается использованием компенсационного метода измерения по схеме двойного моста.

 

Термохимические газоанализаторы (ТХГ)

Термохимические газоанализаторы, как правило, используют для определения и сигнализации наличия в воздухе закрытых производственных помещений довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров и их смесей: ацетона, бензина, спиртов, эфиров и т. п. Обычно сигнализатор автоматически включает аварийный сигнал, когда концентрация газа в контролируемом воздухе достигает 20 % нижнего концентрационного предела воспламенения. Их применение регламентируется соответствующими нормативными докумен­тами. В частности, требования к установке датчиков газоанализаторов-сигнализаторов довзрывоопасных концен­траций изложены в технических условиях ТУ ГАЗ—75.

В термохимических газоанализаторах концентрация определяемого компонента газовой смеси измеряется по количеству тепла, выделившегося при химической реакции — каталитическом окислении. В качестве катализаторов обычно используют нагретую платиновую нить, помещенную в камеру, через которую пропускают газовую смесь. Температура и, следовательно, сопротивление нити будут изменяться при изменении количества тепла, которое, в свою очередь, будет зависеть от концентрации определяемого компонента. Чем она больше, тем больше выделяется тепла в ходе реакции, тем выше температура нити. Датчик термохимического газоанализатора аналогичен по устройству датчику термокондуктометрического газоанализатора. Температуру нити измеряют также мостовой схемой по ее сопротивлению. Схема, одного из таких приборов, СВК-ЗМ1 упрощенно изображена на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Схема термохимического газоанализатора-сигнализатора:

 

1 — эжектор; 2— дроссель; 3 — ротаметр; 4— камера; 5 — воронка; 6 — электронный блок; 7 миллиамперметр; 8— устройство звуковой и световой сигнализации

 

Прибор представляет собой неуравно­вешенный мост, в двух смежных плечах, которого находятся платиновые термо­резисторы R1 (сравнительный) и R2 (измерительный), нагреваемые током от источника питания моста. Оба этих терморезистора размещены в проточной камере датчика 4. Терморезистор R1 закрыт защитным колпачком, а нить терморезистора R2 находится под слоем специального катализатора, который, в свою очередь, нагревается полу­чаемым от нити теплом.

Сигнализаторы подготавливаются к работе в режиме «Контроль», при этом через датчик пропускают чистый воздух из сети пневмопитания. После стабилизации теплового режима мост уравновешивают перемеще­нием движка переменного резистора RP «Установка нуля», добиваясь установки стрелки миллиамперметра на нулевую отметку.

Затем датчик сигнализатора переключают на режим «Анализ» (показанный на схеме), в котором под действием разрежения, создаваемого воздушным эжекто­ром 1, в датчик 4 засасывается анализируемый воздух. Он отбирается через пробоотборную воронку 5, установленную во взрывоопасном помещении и соединенную с датчиком трубной линией. Расход воздуха устанавли­вается по показанию ротаметру 3 с помощью дросселя 2.

При движении через датчик воздух сначала омывает колпачок термо­резистора R1, а затем проходит к R2. Это уменьшает зависимость выходно­го напряжения моста от температуры анализируемого воздуха и его расхода.

Появившиеся в воздухе горючие газы или пары соприкасаются с нагретым катализатором и сгорают на его поверхности. Выделяющееся при этом тепло дополнительно нагревает катализатор, что приводит к повы­шению температуры и электрического сопротивления платиновой нити терморезистора R2. Равновесие моста нарушается, и в конечном итоге появляется ток на выходе электронного блока 6.

Сила тока пропорциональ­на концентрации анализируемого компонента в воздухе и измеряется миллиамперметром 7. Зона его шкалы, выделенная красным цветом, соответствует концентрации, при которой сигнализатор должен срабаты­вать от 5% до 50 % НПВ (нижнего предела воспламеняемости). Каждый сигнализатор калибруется по контрольной смеси, вводимой в датчик.